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MODULO III

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Análisis de las cargas que afectan a las construcciones

Es parte de los contenidos de ESTRUCTURAS EN ARQUITECTURA cuyo autor es el Ingeniero José Luis Gómez

En todo análisis de carga corresponde estudiar los dos tipos que, desde el punto de vista temporal, accionan sobre las estructuras: Cargas permanentes y cargas variables.

 Cargas permanentes

Se designa como carga permanente (D) al conjunto de acciones que se producen por el peso propio de los elementos estructurales y los no estructurales. Muros divisorios, pisos, contrapisos, revestimientos, instalaciones y todos aquellos elementos que conservan una posición fija en la construcción gravitan en forma constante sobre la estructura.

El cálculo de la carga permanente es sencillo pues sólo se requiere la determinación del volumen de los distintos componentes de la construcción y multiplicarlo por el peso específico del material correspondiente. En general las cargas permanentes se representan como cargas uniformemente repartidas sobre las distintas áreas de la construcción, aunque hay casos de cargas lineales (muros) y también pueden hacerse presentes en forma de cargas concentradas (equipos fijos).

Si se tiene presente que una estructura está compuesta por piezas denominadas: barras horizontales (vigas), barras verticales (columnas), placas horizontales (losas), placas verticales (muros o tabiques resistentes), es bueno ir destacando que resulta práctico y conveniente expresar las cargas sobre los mismos de la siguiente manera:

Losas  

Vigas    

Columnas   

Muros resistentes   

   en N/m2 o kg/m2

   en N/m o kg/m  o  t/m

   en N o kg o t

   en N/m o kg/m o t/m

Cuando se presentan cargas concentradas en losas, vigas o columnas, se expresan en N o kg o t.
La TABLA DE PESOS ESPECÍFICOS contiene pesos (específicos en algunos casos, y por unidad de superficie en otros) de los materiales que corrientemente se utilizan en la construcción de edificios. Cabe aclarar que las cargas permanentes debidas a la acción del campo gravitatorio, invariablemente son fuerzas de dirección vertical y sentido orientado al centro de la tierra.

Esta tabla y las demás pueden ser llamadas desde cualquier ejercicio que las utilice para su resolución.

Cargas variables 

Se designan como cargas variables a aquéllas que tienen la particularidad de no actuar constantemente, en el tiempo y en el lugar. Incluyen, por lo tanto, a las cargas ejercidas por los ocupantes y todo aquello que no tiene una posición fija y definitiva, como así también las cargas debidas a fenómenos atmosféricos o telúricos (viento, hielo, nieve, diferencias de temperatura, sismos, etc.). Si bien algunas tienen el carácter de móviles o dinámicas, en general se permite su simplificación considerándolas como cargas estáticas equivalentes.
Las cargas variables debidas al uso de la construcción (L y Lr) provienen de la aglomeración de personas, peso de muebles, mercaderías, máquinas, etc. Para simplificar los cálculos, la TABLA DE SOBRECARGAS puede ser utilizada por el proyectista directamente, salvo que el uso a dar al edificio sea particular.

Cargas debidas a la nieve (S): es el peso de la nieve que puede acumularse sobre la cubierta, dependiendo de la localización geográfica y de la elevación sobre el nivel del mar del sitio considerado. En el territorio de nuestro país se han considerado dos zonas: zona I, en que la ocurrencia de nevadas es altamente improbable y zona II, en donde pueden ocurrir nevadas en forma extraordinaria, normal o frecuente. El valor de la sobrecarga de nieve varía desde 45 kg/m2 en localidades con nevadas poco frecuentes, hasta 430 kg/m2 en localidades con ocurrencia de nevadas frecuentes durante todo el año.

 

Por otra parte, en el valor de la sobrecarga por nieve, se tiene en cuenta la influencia de las características de la cubierta (forma, inclinación, etc.)

Cargas debidas a viento (W): dependen de la velocidad del viento en función de la localización geográfica, del entorno, de la forma geométrica del edificio, y de sus dimensiones en planta y en altura.

Conceptualmente, digamos que la energía cinética de la masa de aire en movimiento, al encontrar un obstáculo, se transforma en una presión estática sobre el mismo, en nuestro caso, un edificio.

El viento ejerce, sobre la mayoría de las estructuras, fuerzas de presión y de succión, sobre cerramientos y cubiertas (siempre perpendiculares al plano sobre el cual inciden), por lo que se torna una carga muy importante a tener en cuenta, sobre todo en edificios con cubiertas livianas.
Cargas debidas al empuje de líquidos, tierra o material a granel (H): se trata de la acción debida al empuje estático de diversos materiales retenidos por la estructura. En algunos casos, como el empuje de tierras o de aguas friáticas sobre muros de subsuelo o muros de contención, las cargas actúan con su intensidad máxima durante lapsos muy grandes, y deben considerarse como permanentes. En cambio, en recipientes, depósitos o piletas de natación, estas acciones tienen variaciones importantes en el tiempo y deben tratarse como cargas variables. Cuando son variables y su efecto es favorable para la estabilidad de la estructura, deben considerarse con intensidad reducida.
Cargas sísmicas (E): Son conocidos los efectos devastadores que producen los sismos. Con el fin de prevenir esos efectos existen métodos simplificados de análisis estructural que tratan de representar, lo más fielmente posible, el comportamiento del edificio en el momento del sismo. Uno de estos métodos, basado en efectos estáticos equivalentes, consiste en aplicar a la estructura fuerzas horizontales, distribuidas de tal manera que produzcan efectos similares a los que sufriría bajo la acción sísmica. Se estima la carga lateral en la base del edificio como una fuerza proporcional a la masa del mismo.

 

MAPA SISMO

MAPA SISMO

 

 

El siguiente cuadro sintetiza las cargas que pueden accionar sobre las estructuras:
Cargas   Permanentes   Cargas que permanecerán en forma constante sobre la Estructura (D
Fluidos bien definidos (F)
Variables   Sobrecargas de uso (L y Lr) 
Nieve (S)
Hielo (I)
Viento (W)
Sismo (E)
Acumulación de agua de lluvia (R)
Empuje de tierra (H)
Accidentales   No se pueden prever estadísticamente, por lo tanto no entra dentro de la responsabilidad profesional considerarlas.
COMBINACIONES DE CARGAS
Previo a la realización del análisis de cargas, y con la finalidad de cubrir las incertidumbres en los valores de las mismas, se las debe afectar con factores de mayoración de cargas.
Las denominaciones de las cargas corresponden: D (dead) cargas permanentes; E (earthquake) cargas debidas a los movimientos sísmicos; F (fluid) cargas debidas al peso y presión de fluidos bien definidos; H (horizontal) cargas debidas al peso y presión lateral de suelo, agua u otros materiales; L (live) sobrecargas de uso; R (rain) cargas de lluvia; Lr (live reducido) sobrecargas de cubierta; S (snow) cargas de nieve; T (total) cargas provenientes de diversos factores como retracciones, fluencia lenta, asentamientos, etc.; W (wind) cargas de viento.
A continuación se muestran diferentes combinaciones de cargas según Proyecto de Reglamento CIRSOC 201 y 103 II:

9-1.       1,4 (D + F)

9-2.       1,2 (D + F + T) + 1,6 (L + H) + 0,5 (Lr o S o R)

9-3.       1,2 D + 1,6 (Lr o S o R) + ( 1,0 L o 0,8 W)

9-4.       1,2 D + 1,6 W +  0,5 L + 1,0 (Lr o S o R)

9-5.       0,9 D + 1,6 W + 1,6 H

9-6.       1,2 D ± 1,0 E + f1 L + f2 S

9-7     0,9 D ± 1,0 E

El factor f1 está determinado por la cualidad del uso de la que se calcula; y f2 por las formas de la cubierta.

Para el caso de estructuras de madera, debido a que no se ha redactado un Reglamento Argentino, se aceptan los lineamientos sugeridos por la Norma brasilera NBR7190.
A continuación se muestran cuatro combinaciones de carga según dicha Norma:

NBR-1.    1,3 D + 1,4 (L o S o R)

NBR-2.    Para dos cargas variables de naturaleza diferente

              1,3 D + 1,4 [(L o S o R) + 0 (Lr o S o R)]

NBR-3.    Cuando una de las cargas variables es el viento:

              1,3 D + 1,4 [(L o S o R) + 0 W]

NBR-4.  1,3 D + 1,4 [ 0,75 W + 0 (L o S o R)

Como se puede apreciar, cuando existen combinaciones que incluyen dos cargas variables, interviene un factor de combinación y0, cuyos valores se transcriben en la siguiente tabla:
Acciones en estructuras corrientes 0
Presión dinámica de viento 0,5
Sobrecargas variables en los edificios 0
Locales en los que no hay predominio de equipamiento fijo ni de elevadas concentraciones de personas. 0,4
Locales donde hay predominio de peso de equipamiento fijo o de elevadas concentraciones de personas 0,7
Bibliotecas, archivos 0,8

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